大斷面淺埋巷道圍巖控制技術(shù)研究

原 野

(山西晉能集團 王莊煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100)

大斷面淺埋巷道圍巖控制技術(shù)研究

原 野

(山西晉能集團 王莊煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100)

針對王莊煤礦大斷面淺埋巷道的賦存條件，通過對頂板的受力計算，分析了此類巷道的變形特點，提出了巷道支護參數(shù)，并對巷道進行了礦壓觀測。結(jié)果表明：采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁的聯(lián)合支護方式，可以增強圍巖的剛性和整體性能，有效控制圍巖的穩(wěn)定。

大斷面；淺埋；圍巖控制

1 工程概況

王莊煤礦3406措施巷掘進煤層為3#煤，煤層平均厚度為4.85 m，基本頂為粉砂巖，平均厚度1.90 m；直接頂為泥巖，平均厚度2.04 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度0.61 m，老底為細粒砂巖，平均厚度2.0 m.巷道設(shè)計長度402 m，該段煤層淺部埋深93 m，煤層深部埋深131.3 m.煤層巷道沿頂?shù)装寰蜻M，矩形斷面，掘進斷面寬5.5 m，高5 m，斷面面積27.5 m2，巷道凈寬5.3 m，巷道凈高4.9 m，凈斷面面積25.97 m2，屬于典型的大斷面淺埋巷道。3406措施巷層位關(guān)系圖見圖1.

圖1 3406措施巷層位關(guān)系圖

2 大斷面巷道頂板受力分析

矩形大斷面巷道頂板可以簡化為兩端固定鉸接的長薄板進行分析，其受力計算模型見圖2.

圖2 大斷面巷道頂板受力計算模型圖

在靜載荷作用下，頂板受力可以看成均布載荷q，假設(shè)頂板厚度為h，則頂板在此載荷作用下的撓度曲線可用以下級數(shù)來表示：

式中：

q—頂板均布載荷；

h—巖層厚度；

l—頂板巖層跨度；

ω—頂板巖層撓度；

ωmax—頂板巖層撓度最大值；

T—頂板巖層所受張力；

E—頂板巖層彈性模量；

μ—頂板巖層泊松比。

由式(2)可知，ωmax∝l4，即頂板巖層的跨度越大，頂板的最大撓度也就越大，也就是頂板的彎曲變形程度越大。同時，大變形必然導(dǎo)致頂板巖層產(chǎn)生更大的張應(yīng)力，一旦達到巖層的強度極限，頂板則會發(fā)生破壞。

此外，由于巷道埋深較淺，巷道所受均布載荷比較小，頂板及兩幫塑性區(qū)范圍也較小。通過鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)，圍巖破壞范圍最大處在頂板2.24 m深，兩幫則比較小。因此，對于大斷面淺埋巷道，可采用以錨桿(索)為基礎(chǔ)的支護方式進行支護，重點控制頂板巖層的穩(wěn)定。

3 巷道支護參數(shù)設(shè)計

根據(jù)3406措施巷臨近鉆孔顯示直接頂板厚度2.04 m，不能保持巷道第1層直接頂板的穩(wěn)定，單純的錨桿支護也不能滿足巷道穩(wěn)定要求，需要增加錨桿梁、錨索加強支護。采用“錨桿+錨索”聯(lián)合支護方式可以發(fā)揮擠壓加固作用，促使錨固范圍之內(nèi)的巖石形成能承受一定載荷的整體結(jié)構(gòu)，維護錨桿長度范圍內(nèi)的頂板，保持整體性，一定程度上阻止上部圍巖的松動與變形?？紤]到頂板中等穩(wěn)定的特性，采用錨桿梁配合錨桿維護頂板。錨索則錨固在上部穩(wěn)定的老頂巖層之中，發(fā)揮其懸吊作用，將潛在的垮落范圍之內(nèi)的頂板巖層懸吊于完整堅固的老頂巖體上，由錨索來承擔垮落范圍之內(nèi)的巖層所受的垂直載荷，防止頂板巖層離層。

由于巷道沿煤層頂?shù)装寰蜻M，為防止頂板破碎，因此，需增加錨桿梁提高頂板整體穩(wěn)定性。由此可得出礦井錨桿支護初始設(shè)計方案如下：

3406措施巷的基本支護方式：錨桿+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁

加強支護方式：錨索

頂板錨桿材料：高強度螺紋鋼

巷幫錨桿材料：高強度螺紋鋼

設(shè)計方案的具體支護參數(shù)見表1和表2.

表1 頂錨桿、錨索支護參數(shù)表

表2 兩幫錨桿支護參數(shù)表

錨桿、錨索的長度和直徑均參考了《采礦工程設(shè)計手冊》和《煤巷錨桿支護理論與成套技術(shù)》中相關(guān)公式的計算結(jié)果，并考慮礦井實際情況，結(jié)合GB 50419-2007《煤礦巷道斷面和交岔點設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，最終確定表中的參數(shù)。對于錨桿間排距，GB 50419-2007《煤礦巷道斷面和交岔點設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定：錨桿間距不易大于錨桿長度的1/2；IV、III類圍巖的錨桿間距宜為0.5～1.0 m，不得大于1.25 m.根據(jù)我國煤炭系統(tǒng)的經(jīng)驗，巖石較穩(wěn)定時，通常取0.8～1.0 m，松軟巖層時，通常取0.6～0.7 m.故3406措施巷頂錨桿間距為700 mm，幫錨桿間距為840 mm，排距均為1 000 mm，減小間排距，從而增大支護強度。

金屬網(wǎng)采用0#鉛絲編制，網(wǎng)孔特征尺寸50 mm，網(wǎng)片寬度1 050 mm.托梁選用d14圓鋼焊制加工的雙筋雙梁鋼筋梯子梁。鋼筋梯子梁寬度均為80 mm，其長度與其所支護的巷道的凈寬和凈高相同。頂板和側(cè)幫錨桿均選用120 mm×120 mm×8 mm的拱型高強度托盤，高強球墊和尼龍墊圈，托板承載能力要大于等于200 kN.錨索托板采用厚16 mm鋼板割制而成，其尺寸為長×寬×厚=300 mm×300 mm×16 mm，在托板中心鉆打d20 mm的錨索孔。錨索托板為高強度可調(diào)心托板及配套鎖具，承載能力大于400 kN.

4 支護效果分析

3406措施巷于2016年6月下旬動工，9月下旬竣工，掘進長度為402 m.為監(jiān)測圍巖控制效果，在巷道中布置了4個測站，觀測巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平?，并使用GWL150礦用本安型位移傳感器監(jiān)測頂板離層，使用QFBO5*63/18.9型錨(桿)索測力計監(jiān)測錨桿、錨索受力情況。監(jiān)測結(jié)果見圖3.

圖3 礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果圖

由圖3可知，當巷道穩(wěn)定時，頂?shù)装逡平吭?0 mm左右，頂板離層不到2 mm，錨桿、錨索受力穩(wěn)定，巷道支護效果整體良好，表明采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁的聯(lián)合支護方式，可以很好地控制大斷面淺埋巷道的圍巖穩(wěn)定。

5 結(jié) 論

大斷面淺埋巷道雖然承載較小，但由于巷道跨度大，頂板仍容易發(fā)生較大變形，進而發(fā)生破壞。采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁的聯(lián)合支護方式，并對錨桿、錨索施加較強的預(yù)緊力，能夠主動增加圍巖的剛性和整體性能，實現(xiàn)圍巖和支護結(jié)構(gòu)的共同承載，從而使應(yīng)力峰值向圍巖深部轉(zhuǎn)移，能夠有效避免圍巖發(fā)生大變形破壞。

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Study on Surrounding Rock Control Technology for Large Section Shallow Buried Roadway

YUAN Ye

In view of the existing conditions of the large-section shallow-buried roadway in Wangzhuang Coal Mine, the paper calculates roof pressure, analyzes the deformation characters of the roadway, and puts forward the parameters of the roadway support . The results show that the combination of bolt, mining cable anchor, metal net, plus steel ladder shape beam can enhance the rigidity and overall performance of surrounding rock, manage the surrounding rock effectively.

Large section; Shallow burial; Surrounding rock control

2016-08-18

原 野(1988—)，男，山西平順人，2011年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦防治水工作

(E-mail)15383559979@163.com

TD353

B

1672-0652(2016)10-0045-03